智能光伏電站解決方案可靠性是怎樣煉成的——走進(jìn)GCTC

本刊記者 ■ 包婧文 安麗珍 葛曉敏

智能光伏電站解決方案的特點(diǎn)為智能、高效、安全和可靠。相比傳統(tǒng)集中式解決方案，其核心理念是讓電站更簡單。所謂讓電站更簡單是指：無逆變器房、直流匯流箱等系統(tǒng)多余設(shè)施；無熔絲、風(fēng)扇等易損部件；實(shí)現(xiàn)電站的簡潔化、標(biāo)準(zhǔn)化交付；電站所有部件能滿足風(fēng)沙、鹽霧、高溫高濕、高海拔等各種復(fù)雜環(huán)境，25年免維護(hù)、可靠運(yùn)行的質(zhì)量要求。建設(shè)與運(yùn)維更加簡單，最大程度保護(hù)客戶投資。

眾所周知，光伏發(fā)電系統(tǒng)通常直接暴露在室外環(huán)境工作，經(jīng)常遇到高溫、高寒、高濕、風(fēng)沙大、淋雨、鹽霧等惡劣氣象條件。常規(guī)電子設(shè)備的工作環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，但光伏系統(tǒng)中，比如逆變器、匯流箱等電力電子器件等受多重因素影響，工作條件變化頻繁，運(yùn)行可靠性挑戰(zhàn)巨大。業(yè)界很多廠家的可靠性試驗(yàn)條件簡陋，只是進(jìn)行簡單的高溫、低溫性能測(cè)試，很多可靠性試驗(yàn)評(píng)估缺失。

作為智能光伏電站解決方案中的核心設(shè)備，逆變器的可靠性更是保障電站穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。那么華為的智能光伏電站解決方案的可靠性是怎么鍛煉出來的呢？讓我們一起走進(jìn)GCTCC(Global Compliance & Testing Center)，一探究竟。

華為GCTC是一個(gè)集EMC、RF、Telecom、安全和環(huán)境可靠性為一體的綜合性實(shí)驗(yàn)室，獲得了CNAS、ATLA、MET、ITS、CETECOM等國際權(quán)威組織的認(rèn)可。GCTC嚴(yán)格按照ISO/IEC 17025標(biāo)準(zhǔn)要求為華為產(chǎn)品提供測(cè)試、認(rèn)證和設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)。華為GCTC除傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備外，首創(chuàng)建立了溫度、濕度、腐蝕性粉塵綜合應(yīng)力試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法，高溫淋雨試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法，模擬太陽輻射實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法，高空引雷試驗(yàn)方法，大幅提升了華為產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。

圖1 GCTC試驗(yàn)室

圖2 GCTC一個(gè)實(shí)驗(yàn)室場景

華為逆變器千錘百煉出精品

華為逆變器通過華為GCTC多重可靠性試驗(yàn)的嚴(yán)酷測(cè)試驗(yàn)證，分短期可靠性試驗(yàn)和長期可靠性試驗(yàn)兩部分。短期可靠性試驗(yàn)包括：HALT試驗(yàn)、高溫/低溫工作、高溫淋雨試驗(yàn)、結(jié)冰試驗(yàn)、低氣壓試驗(yàn)、濕塵試驗(yàn)、高空引雷試驗(yàn)、EMC測(cè)試(電磁輻射、浪涌、靜電、防雷等)、安規(guī)試驗(yàn)等。長期可靠性試驗(yàn)包括：長期溫度循環(huán)試驗(yàn)(TC)、長期高溫高濕試驗(yàn)(HTOB)、長期壽命試驗(yàn)(LLT)、外場暴露試驗(yàn)(高溫、高濕、高鹽)等，試驗(yàn)時(shí)長超1000 h，一些試驗(yàn)甚至長達(dá)1年。

華為逆變器整個(gè)可靠性試驗(yàn)方案覆蓋高溫高濕、淋雨、鹽霧/濕塵腐蝕、太陽輻射、溫度變化、雷擊、高海拔、溫度極限(低溫到-60 ℃，高溫到100 ℃以上)等實(shí)際場景。下面帶領(lǐng)大家走進(jìn)華為GCTC主要實(shí)驗(yàn)室，深刻體驗(yàn)一下華為逆變器可靠性的千錘百煉過程。

1 HALT試驗(yàn)——“極限”體驗(yàn)

HALT(Highlg Accelerated Life Test)試驗(yàn)室也叫高加速壽命試驗(yàn)室。HALT試驗(yàn)是華為逆變器必須通過的可靠性激發(fā)試驗(yàn)之一，在產(chǎn)品早期開發(fā)階段開展。該試驗(yàn)主要特點(diǎn)是步進(jìn)極限高溫、步進(jìn)極限低溫(液氮瞬時(shí)降溫)、步進(jìn)極限振動(dòng)、綜合(溫沖+振動(dòng))應(yīng)力來激發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的薄弱點(diǎn)。高溫極限到110 ℃，低溫極限到-60 ℃，振動(dòng)極限達(dá)到40G的加速度，試驗(yàn)周期一般約為3天，整個(gè)試驗(yàn)過程上電帶負(fù)載運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控逆變器的運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 逆變器HALT試驗(yàn)

2 結(jié)冰試驗(yàn)——“冰凍三尺，非一日之寒”

來到結(jié)冰試驗(yàn)箱前面，感覺到陣陣寒意。結(jié)冰試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證華為逆變器對(duì)冬天場景(西北、東北等地區(qū))的適應(yīng)能力。該試驗(yàn)在極低的-40℃下進(jìn)行，對(duì)樣品間歇的淋水，讓樣品外表面慢慢結(jié)冰，經(jīng)過3天的結(jié)冰后，升高溫度讓冰融化；試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行1周，施加“淋雨結(jié)冰——結(jié)冰融化”2個(gè)循環(huán)。試驗(yàn)過程中對(duì)華為逆變器執(zhí)行反復(fù)上下電、負(fù)載開啟、關(guān)閉等各項(xiàng)功能測(cè)試。

圖4 逆變器結(jié)冰試驗(yàn)

3 散熱極限試驗(yàn)——“冰火兩重天”

散熱極限試驗(yàn)?zāi)M華為逆變器在密閉場景下的極限散熱能力，及時(shí)識(shí)別熱設(shè)計(jì)短板。走進(jìn)密閉實(shí)驗(yàn)室，熱浪襲來，樹葉塞滿散熱片縫隙或覆蓋滿頂部，在不同的掛裝方式下，華為逆變器仍然滿負(fù)荷運(yùn)行。

圖5 散熱極限測(cè)試

4 低氣壓試驗(yàn)——“勇登珠峰”

高海拔是逆變器典型應(yīng)用場景之一，走進(jìn)西藏，勇攀珠峰，則是華為逆變器的追求之一。低氣壓試驗(yàn)?zāi)M高海拔應(yīng)用場景，驗(yàn)證華為逆變器在極限高海拔的功率降額能力及安全性。華為逆變器低氣壓試驗(yàn)?zāi)M了4000 m、4500 m、5000 m、5500 m海拔高度的并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

5 濕塵試驗(yàn)——“沙塵暴來襲”

濕塵試驗(yàn)是華為首創(chuàng)的集溫度、濕度、腐蝕性、粉塵(收集全球各地灰塵制定配方)為一體的綜合試驗(yàn)，為華為逆變器在高溫、高濕、高塵環(huán)境下的適應(yīng)性保駕護(hù)航。對(duì)降塵箱中的華為逆變器先實(shí)施大量降塵，然后加高溫高濕，驗(yàn)證設(shè)備抗風(fēng)沙、灰塵腐蝕的能力。從外面觀察內(nèi)部積塵的過程，猶如“沙塵暴來襲”，讓觀者有種窒息的感覺。

圖6 華為逆變器低氣壓試驗(yàn)

圖7 逆變器濕塵試驗(yàn)

6 振動(dòng)試驗(yàn)——“地動(dòng)山移”

振動(dòng)試驗(yàn)室是一個(gè)獨(dú)立區(qū)間，一走近就聽到了強(qiáng)烈的振動(dòng)聲音。振動(dòng)試驗(yàn)是指評(píng)定產(chǎn)品在預(yù)期的使用環(huán)境中抗振能力而對(duì)受振動(dòng)的實(shí)物或模型進(jìn)行的試驗(yàn)。

振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的影響包括：1)結(jié)構(gòu)損壞，如結(jié)構(gòu)變形、產(chǎn)品裂紋或斷裂；2)產(chǎn)品功能失效或性能超差，如接觸不良、繼電器誤動(dòng)作等，這種破壞不屬于永久性破壞，一旦振動(dòng)減小或停止，工作就能恢復(fù)正常；3)工藝性破壞，如螺釘或連接件松動(dòng)、脫焊。

把逆變器固定在一個(gè)大的振動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)上，試驗(yàn)中帶電并網(wǎng)滿負(fù)荷運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)；整個(gè)試驗(yàn)過程無異常報(bào)警和運(yùn)行數(shù)據(jù)異常，試驗(yàn)后對(duì)結(jié)構(gòu)件、連接器、單板零件等逐個(gè)檢查無異常。

圖8 逆變器振動(dòng)試驗(yàn)

7 高溫淋雨試驗(yàn)——“桑拿房”到“冰窖”

高溫淋雨試驗(yàn)?zāi)M高溫、高濕、天氣突降大雨等氣溫驟降條件下華為逆變器的適應(yīng)能力(如熱帶雨林地區(qū)等)，通過該試驗(yàn)驗(yàn)證逆變器的IP65等級(jí)防護(hù)及抗凝露能力。

淋雨試驗(yàn)在一個(gè)大的溫濕度箱進(jìn)行，有專門設(shè)備控制噴淋的大小和方向，在70 ℃/95%溫濕度工作一段時(shí)間后，對(duì)逆變器外殼噴淋涼水。實(shí)驗(yàn)前在逆變器內(nèi)部單板、外殼內(nèi)側(cè)壁、關(guān)鍵器件、散熱器等關(guān)鍵部位貼濕敏試紙，對(duì)比試驗(yàn)前后試紙顏色變化來判斷是否有凝露發(fā)生。整個(gè)試驗(yàn)過程中，逆變器帶電運(yùn)行，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。

8 帶電溫循試驗(yàn)——溫度“過山車”

圖9 淋雨試驗(yàn)時(shí)序圖

圖10 淋雨試驗(yàn)前后內(nèi)部單板試紙比較

逆變器晝工夜停，每天都在溫度循環(huán)，按照25年壽命期計(jì)算，溫循次數(shù)為365×25=9125次。華為逆變器充分識(shí)別實(shí)際應(yīng)用場景，實(shí)行嚴(yán)酷的溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)(循環(huán)1500次，最低溫度-40 ℃，高溫70 ℃,溫變15 ℃/min)，而電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如IPC9592)要求帶電溫循環(huán)300次。實(shí)驗(yàn)過程中，逆變器上電運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控工作狀態(tài)。

圖11 帶電溫循試驗(yàn)

9 高溫高濕試驗(yàn)——“蒸桑拿”

在東南亞、中國南方等地區(qū)，高溫高濕持續(xù)時(shí)間長。該試驗(yàn)設(shè)置主要驗(yàn)證華為逆變器對(duì)高溫高濕環(huán)境的長期適應(yīng)性，及時(shí)識(shí)別單板、外殼等的耐腐蝕、電氣絕緣風(fēng)險(xiǎn)。

圖12 高溫高濕試驗(yàn)場景圖

華為逆變器在高溫高濕箱試驗(yàn)中，溫濕度70 ℃/95%條件下試驗(yàn)運(yùn)行超過6個(gè)月，產(chǎn)品電氣性能完好，外觀基本無變化。

10 外場暴露試驗(yàn)——“太陽輻射、高濕高鹽”洗禮

華為海南專業(yè)合作試驗(yàn)外場臨近赤道，太陽紫外輻射強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)多，夏天最高溫度達(dá)40 ℃以上，典型的高溫、高濕高鹽場景，有海上試驗(yàn)平臺(tái)，350 m、1000 m試驗(yàn)場。華為逆變器身處350 m試驗(yàn)場，充分驗(yàn)證了其抗太陽輻射、抗鹽霧腐蝕，以及高溫高濕適應(yīng)能力，已并網(wǎng)運(yùn)行超過3年時(shí)間。

圖13 海上試驗(yàn)平臺(tái)

圖14 350 m試驗(yàn)區(qū)逆變器外場暴露試驗(yàn)

11 高空引雷試驗(yàn)——“晴天霹靂不懼怕”

GCTC合作開展外場火箭引雷試驗(yàn)，引雷火箭制造出閃電奇觀，仿佛一把巨大的“閃電鐮刀”劈開陰沉的天空，場面十分壯觀。通過專業(yè)試驗(yàn)場發(fā)射火箭彈，將雷引入到設(shè)備，驗(yàn)證華為逆變器的抗雷擊能力。

圖15 外場引雷試驗(yàn)

總結(jié)

GCTC一直重視試驗(yàn)測(cè)試能力建設(shè)，擁有包括氣候、機(jī)械、室外風(fēng)吹雨打、太陽輻射、結(jié)冰等業(yè)界最全的產(chǎn)品全環(huán)境應(yīng)用場景的模擬測(cè)試能力，以及領(lǐng)先HALT測(cè)試(加速生命老化測(cè)試)、加速灰塵腐蝕等先進(jìn)的可靠性測(cè)試能力。同時(shí)在測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)有效性等方面進(jìn)行了長期研究，積累了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

圖16 全球140多個(gè)國家各種極端嚴(yán)酷的自然環(huán)境考驗(yàn)

華為所有產(chǎn)品均需要經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量測(cè)試。無論在寒冷的北冰洋，還是酷熱的非洲；無論是海邊的高鹽霧環(huán)境，還是西北的沙漠地區(qū)，華為的產(chǎn)品經(jīng)受了自然界惡劣嚴(yán)格的考驗(yàn)，屹立不倒。

華為光伏逆變器產(chǎn)品及整個(gè)智能光伏電站解決方案的設(shè)計(jì)理念，均按照25年的系統(tǒng)可靠運(yùn)行免維護(hù)設(shè)計(jì)，采用IP65防護(hù)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部的環(huán)境隔離，使器件保持在穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境中，降低溫度、風(fēng)沙、鹽霧等外部環(huán)境對(duì)器件壽命的影響；系統(tǒng)無易損部件，無熔絲、風(fēng)扇等需定期更換器件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)免維護(hù)；借鑒華為通信基站產(chǎn)品全球海量發(fā)貨及部署的設(shè)計(jì)和質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)，從器件到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)25年可靠性設(shè)計(jì)及壽命仿真，加上嚴(yán)格的驗(yàn)證測(cè)試，保證系統(tǒng)部件在整個(gè)生命周期內(nèi)無需更換，可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

華為始終信奉一個(gè)理念——“質(zhì)量是我們的生命，數(shù)據(jù)真實(shí)有據(jù)，服務(wù)客戶有情”。華為智能光伏電站解決方案千錘百煉出精品，產(chǎn)品方案應(yīng)用遍布全球，質(zhì)量得到客戶的廣泛好評(píng)。華為相伴，幸福一生，您的選擇是正確的！